Микроэлементный состав подсолевых отложений, нефти и пластовой воды месторождения Алибекмола

Ю.С. БЕРМАН, А.Ф. ПРОКОПЕНКО, В.А. ТРОФИМОВ, Е.П. ШЕЕРОВ (РФ ВНИИгеоинформсистем)

Неоднозначность поведения элементов в отложениях, перекрывающих залежи нефти, разных регионов и даже отдельных месторождений связывается с определенными физико-химическими параметрами среды, изменяющимися в результате УВ-воздействия [2]. Применение прецизионного нейтронно-активационного анализа при изучении микроэлементов состава нефтей позволяет получать сведения о составе флюидов без предварительного коксования, озоления или сорбции. Использование одного вида высокочувствительного анализа для твердой и жидкой фаз также повышает достоверность сопоставляемых результатов.

Месторождение Алибекмола расположено в пределах юго-восточного борта Прикаспийской впадины и приурочено к своду Алибекского поднятия. Притоки нефти были получены из нижней карбонатной толщи (КТ-II) ранне-среднекарбонового возраста, представленной мелкокристаллическими, иногда битуминизированными известняками с редкими прослоями аргиллитов и доломитов. Межкарбонатная толща (МТ), относимая к среднему отделу, в основном состоит из полимиктовых глинисто-известковистых песчаников и аргиллитов, переслаивающихся с рассланцованными известняками и редкими прослоями доломитов. Выше залегает верхняя карбонатная толща (КТ-I) средне-позднекаменноугольного возраста, представленная более плотными известняками с пропластками аргиллитов, алевролитов и песчаников, отмечаются ангидритовые прослои и примесь глинистого материала. Вверх по разрезу в толще позднекаменноугольного возраста резко убывает количество известняков и наблюдается переслаивание сульфатных и терригенных составляющих. Разрез перекрывается мощными пермскими солевыми отложениями [3]. Приток газа (скв. Г-5) получен из верхней карбонатной толщи (1857–1900 м), а приток нефти совместно с газом и водой – из нижней (3296– 3306 м). По данным ГИС признаки нефтегазоносности предполагались в широком вертикальном интервале. Пробы осадочных пород по разрезу скважины были отобраны из керна с глубины 1850– 3400 м. Шаг опробования был различный в зависимости от литологического состава, главным образом, от предполагаемого нахождения пластов, перспективных на нефть и газ, в которых пробы отбирались через 15–20 м. Каждая проба массой около 2 кг составлялась из частных образцов, отобранных с десятиметровой колонки керна. Проба последовательно дробилась, квартовалась и истиралась на дисковых истирателях до 200 меш. Навеска для нейтронно-активационного анализа имела массу 1 г.

В процессе испытания скважины были получены пробы нефти и пластовой воды. Для нейтронно-активационного анализа образцы флюидов (две нефти и одна пластовой воды) помещались в стеклянные бутылки емкостью 0,5 л, которые предварительно стерилизовались. Масса флюидов, упакованных в полиэтиленовые капсулы перед реакторным облучением, составляла около 6 г. Пробы облучались в реакторе института атомной энергии им. И. В. Курчатова с плотностью потока тепловых нейтронов 5·10¹² нейтрон / см²с, время облучения – 30 ч. После облучения пробы выдерживались для спада активности в течение 15 ч, а затем перепаковывались в цилиндрические кассеты из оргстекла. Измерение активностей образованных радионуклидов проводилось в Раменском филиале ВНИИгеоинформсистем на высокоразрешающих спектрометрах с Ge – Li-детектором для твердых проб и с Ge-детектором для жидкостей. В зависимости от периода полураспада радионуклидов определения проводились: через 15 ч для Na, As, Ga, Br; через двое суток для Br, Au, As, Cd, Ga, Yb, Sm, U; через две недели для Fe, Sc, Sb, Ba, Ce, Nd, Lu, Tb; через 25 дней для Zn, Fe, Sc, Co, Cr, Hf, Та, Sb, Hg, Se, Eu, Yb, Th, Rb, Sr; через 30 дней для Cs, U (La), Tb.

Наиболее распространенными породами разреза являются известняки; аргиллиты, песчаники и алевролиты имеют подчиненное развитие, поэтому при сопоставлении содержаний микроэлементов количество проб примерно соответствует распространению этих пород, т. е. известняки характеризуются наибольшим числом анализов (таблица). Средние содержания золота в различных осадочных породах близки, хотя наибольшие значения (как максимальное, так и среднеарифметическое) отмечаются в карбонатных образованиях, что может быть связано с их повышенной битуминозностью.

Породы отличаются высоким содержанием С_орг за счет чего, по-видимому, и создается повышенный фон золота в исследуемом разрезе, который на порядок выше кларка осадочных пород [3]. Наиболее неравномерно оно распределено в KT-I при преобладании относительно пониженных его содержаний (рис. 1). Сравнительно высокими концентрациями Аu характеризуются МТ и верхи КТ-II, отличающиеся меньшей мощностью карбонатных прослоев и большей частотой чередования с терригенными породами. Приуроченность относительно повышенных содержаний золота (5·10^-5%) к интервалам с проявлениями УВ может быть объяснена нахождением его в виде комплексных металлоорганических соединений. Содержание золота и всех остальных установленных элементов, за исключением селена, в пробах керна на два и более порядков больше, чем в нефти и пластовой воде. Большинство элементов в изученных отложениях имеют одномодальное распределение (рис. 2), что, вероятно, свидетельствует об их одноактном образовании и нахождении в виде одной минеральной формы. Лишь элементы семейства железа (железо, кобальт, хром), а также скандий и гафний отражающим, вероятно, их перераспределение в процессе УВ-метасоматоза [3]. В условиях УВ-воздействия наиболее подвержены преобразованиям минералы железа.

За счет железистых карбонатов образуются магнетит и гётит в нижних частях разреза, а также вторичные сульфиды железа (мельниковит, марказит, пирит) – в верхних. Непосредственно на поверхности в почвенном слое присутствуют гидрооксиды и сульфаты железа. Процесс низкотемпературного метасоматоза вблизи залежей УВ сопровождается дегидратацией слюд с образованием по ним смешанно-слоистых минералов, что также приводит к выносу железа из их железистых разновидностей. Распределение железа по разрезу четко корреспондируется с изменением содержаний элементов его семейства, а также скандия и гафния, которые могут входить изоморфно в железистые минералы. Прослеживается определенная зависимость увеличения содержаний этих элементов в наиболее насыщенных УВ частях разреза (см. рис. 1 а, б). Кроме того, на участках повышенной нефтегазоносности отмечается некоторое увеличение содержаний сурьмы, селена, а также местами редких земель. При сходном характере распределения в осадочных породах сурьма и селен существенно различаются по отношению к нефти: содержание сурьмы в последней уменьшается, а селена – резко увеличивается. Эти результаты нельзя считать случайными, так как имеющиеся в нашем распоряжении определения селена в нефтях (33 анализа по восьми месторождениям Прикаспия) также на 2–3 порядка выше, чем в породах, в среднем составляя 1,1·10^-5 %. Содержание селена в пластовой воде не выходит за пределы его высоких концентраций в породах.

Распределение редкоземельных элементов по разрезу в основном согласуется между собой, хотя наиболее существенные различия в их поведении наблюдаются при приближении к УВ-насыщенным слоям и непосредственно к нефтяной залежи. Содержания большинства редкоземельных элементов близки к кларкам [3], лишь церия содержится на порядок ниже. Наиболее равномерным содержанием отличаются кадмий, стронций, тантал и уран.

Распределение урана в породах не проявляет отчетливой связи с составом отложений опробованного разреза. Количество его – на уровне кларка, лишь некоторое понижение отмечается вблизи нефтяной залежи. Во флюидах Алибекмолы определение содержаний урана не проводилось, его концентрация в нефтях из карбонатных отложений ближайших месторождений [1] составляет от 3,4·10^-8 до 4,4·10^-7 %, т. е. также заведомо ниже, чем в породах.

Распределение рубидия в осадочных образованиях прямо коррелируется с цезием. Повышение содержания этих элементов обычно отмечается в тех интервалах разреза, в которых встречаются прослои аргиллитов, алевролитов и песчаников. Средние содержания в этих породах также выше, чем в известняках (см. таблицу), тогда как рубидия и цезия на порядок ниже в изученном разрезе, чем их кларки, по А.П. Виноградову [3]. Концентрации бария и стронция близки к кларковым, но для бария характерно повышение содержаний в участках появления терригенных отложений. Распределение этих элементов по разрезу не зависит друг от друга, что косвенно свидетельствует о различии их минеральных форм. Несмотря на наличие мощной соляной толщи, расположенной выше терригенно-карбонатного разреза, содержание натрия ненамного отличается от его кларка, что можно объяснить отсутствием нисходящих потоков вод. Возможно, поэтому натрий и не обнаружен в пластовых водах и в малом количестве присутствует в нефтях. Кроме того, в нефтях были обнаружены элементы, которые в породах не определялись: мышьяк –4 • 10^-6, неодимий –5 • 10^-5, бром – 7·10^-6, а в пластовых водах самарий – 5,9·10^-7 и бром – 1,2·10^-4%.

Выводы

1. Изучение распределения микроэлементов в терригенно-карбонатных породах месторождения Алибекмола показало, что содержание некоторых из них (золото, железо, кобальт, хром, скандий, гафний, сурьма, селен, редкие земли) в той или иной степени согласуется с обогащением пород УВ. Причины этого могут быть различными: сорбция на геохимических барьерах с резковосстановительной обстановкой в условиях повышенного накопления УВ, металлоорганические соединения, изоморфное вхождение редких и редкоземельных элементов в твердых фазах вблизи геохимических экранов и т. п.
2. Содержание подавляющего большинства микроэлементов в породах на 1–2 порядка больше, чем в нефти и пластовой воде.
3. Резко повышенное содержание селена в малосернистых легких нефтях относительно вмещающих их пород является характерным признаком нефтей Прикаспия.
4. Проведенные обобщения по распределению микроэлементов в нефтях с привлечением данных, показывающих независимость концентрации этих элементов в золах нефтей и газоконденсатов от степени их зольности, позволяют предполагать, что значительная часть их представлена в виде металлопорфириновых и металлохлориновых соединений самих нефтей [4].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глотова Е.С., Булекбаев З.Е., Дальян И.Б. Ураноносность нефтей востока Прикаспийской впадины // Геология нефти и газа.– 1989.– № 3.– С. 44–47.
2. Иванкин П.В., Куров М.А., Шимелевич Ю.С. Влияние коллекторов нефти и газа на концентрацию микроэлементов в покрывающих и подстилающих породах // В сб. Ядерно-физические методы элементного анализа при поисках и разведке нефти и газа.– М.: Изд-е ВНИИЯГГ.– 1985.– С. 91 – 101.
3. Краткий справочник по геохимии.– М.: Недра.– 1977.
4. Metall Complexes in Fossil Fuels. Ed. by R. H. Filby, J. F. Branthaver, ACS Symp. Ser. 344, Washington DC, 1987.

Abstract

The distribution of microelements in the terrigenous carbonate deposits and formation waters of the Alibekmola field has been investigated by neutron activation analysis method. The behavior of a number of microelements (gold, iron, cobalt, scandium, hafnium, antimony, selenium and rare earths) depends on the presence of hydrocarbons in rocks. The concentration of most of the microelements in rocks is 1–2 order higher than it is in crude oils and formation waters. The distinctive indication of low-sulfurous light oils from the Precaspian area is the increased content of selenium with respect to enclosing rocks.

Рис. 1. Распределение микроэлементов (%) в разрезе подсолевых отложений, нефти и пластовой воде месторождения Алибекмола (по данным нейтронно-активационного анализа) в породах и флюидах (а) и породах (б).

Рис. 2. Гистограммы распределения микроэлементов в подсолевых терригенно-карбонатных породах:

По оси абсцисс – интервалы содержаний микроэлементов в полулогарифмическом масштабе, % (градация через полпорядка), по оси ординат – частота встречаемости, %, пунктирная черта – среднеарифметическое содержание элемента

Таблица. Содержание (%) микроэлементов в породах и флюидах по разрезу скв. Г-5